周代生, 楊 歡, 胡錫輝, 劉殿琛, 陳 驥, 伍 葳, 劉洪彬

(1中石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

一、地質(zhì)特征

雙魚石-河灣場構(gòu)造帶位于四川盆地川西北部地區(qū)，大地構(gòu)造位置隸屬上揚(yáng)子克拉通北緣龍門山山前褶皺帶，為川北典型低緩構(gòu)造。雙魚石區(qū)塊自上而下地層壓力系數(shù)：劍門關(guān)組～沙溪廟組為1、自流井組～須家河組為1.40、雷口坡組為1.30、嘉陵江組為1.40、飛仙關(guān)組～長興組為1.60、吳家坪組～茅口組為1.80、棲霞組～梁山組為1.36、石巖系為1.30、觀霧山組～志留系1.50。

雙魚石區(qū)塊自流井組中部和底部各具一套灰白色塊狀礫巖，礫石成份以石英礫為主，偶見火燧石礫，下部菱鐵礦發(fā)育，須家河組須一、須三段結(jié)構(gòu)較細(xì)，為砂、頁巖組合，部分夾煤線；須二、須四段為結(jié)構(gòu)較粗的礫巖、砂巖及頁巖，偶見燧石；地層巖性堅(jiān)硬、石英含量高、研磨性強(qiáng)、部分井段含礫巖，可鉆性差，機(jī)械鉆速低。

二、工程簡況

雙魚石構(gòu)造目的層埋藏深，縱向存在壓力系統(tǒng)復(fù)雜，實(shí)鉆中局部異常高壓與井漏頻繁。經(jīng)過前期ST1、ST3井等實(shí)鉆井摸索，逐步形成目前ST7井五開五完井身結(jié)構(gòu)(備用一層?190.5 mm井眼應(yīng)對(duì)復(fù)雜)，見圖1。

圖1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

三、超深井大尺寸井眼提速技術(shù)

1. 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

川西雙魚石區(qū)塊勘探目的層埋藏深，完鉆井深在7 000 m以深的超深井，縱向多壓力系統(tǒng)，井塌、井漏、氣侵等復(fù)雜多，為了應(yīng)對(duì)下部復(fù)雜井段，保證順利鉆達(dá)目的層，初期上部大尺寸井眼所鉆深度較深[1]。通過前期實(shí)鉆井下無復(fù)雜和“三壓力”數(shù)據(jù)分析，為提高機(jī)械鉆速將上部?444.5 mm井眼深度從1 000 m縮短至500 m，減少大井眼鉆進(jìn)長度。

2. 氣體鉆井

通過建立氣體鉆井井壁穩(wěn)定性分析模型、地層出水預(yù)測模型的影響分析，并結(jié)合川西地區(qū)實(shí)鉆地質(zhì)特征，完成該區(qū)塊氣體鉆井可行性評(píng)價(jià)論證，并建立了一套適用于川西地區(qū)雙魚石構(gòu)造氣體鉆井的評(píng)估流程[2]。

根據(jù)氣體鉆井井壁穩(wěn)定性模型，結(jié)合測井資料，對(duì)ST1、ST3井的井壁穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估分析。評(píng)估結(jié)果表明：劍門關(guān)組、蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙二段井壁穩(wěn)定性良好，氣體鉆井可安全實(shí)施到沙溪廟組的中上部，井段長度2 500 m左右。川渝地區(qū)沙溪廟下部地層在實(shí)鉆中極易出現(xiàn)應(yīng)力性垮塌造成井下復(fù)雜，與該評(píng)估結(jié)論大致相符。

根據(jù)出水量預(yù)測計(jì)算模型，結(jié)合實(shí)鉆測井資料，對(duì)ST1、ST3井的出水量預(yù)測進(jìn)行了評(píng)估分析。預(yù)測結(jié)果表明：蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙溪廟組均無明顯水層，適宜采用氣體鉆井。其中，ST3井評(píng)估結(jié)果與ST1井類似，一定程度上說明區(qū)域總體特征相同。綜上，雙魚石構(gòu)造上部蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙溪廟組中上部井段適宜采用氣體鉆井提速，可安全實(shí)施井段長度2 500 m左右。

3. 鉆頭優(yōu)選

依據(jù)區(qū)塊實(shí)際情況，采用巖石可鉆性的常規(guī)回歸公式進(jìn)行巖石可鉆性預(yù)測處理。根據(jù)所建立的可鉆性、研磨性模型，采用逐點(diǎn)處理與解釋典型井的測井曲線，建立了該區(qū)塊地層巖石可鉆性、研磨性、抗鉆性參數(shù)表,見表1。通過對(duì)自流井組、須家河組巖石的可鉆性、研磨性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合前期鉆頭使用情況，進(jìn)行了鉆頭個(gè)性化優(yōu)選，并確定以個(gè)性化PDC+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)措施[3-8]。

4. KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液

KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液具有抑制能力強(qiáng)、封堵防塌效果好、性能穩(wěn)定、周期長等優(yōu)點(diǎn)，在須家河組以上強(qiáng)水敏、強(qiáng)分散性泥頁巖地層，抑制鉆屑的水化分散防止污染鉆井液，有利于鉆井液性能控制，抑制巖石組分水化分散膨脹防止井壁垮塌，抑制巖屑的水化分散，減少鉆井液中劣質(zhì)鉆屑含量、減少鉆井液中微米、亞微米粒子，有助于提高機(jī)械鉆速；在氣液轉(zhuǎn)換過程中，能有效防止“空氣鉆”后干燥井壁“吸水”引起的井塌，減少氣轉(zhuǎn)液后井下復(fù)雜情況的發(fā)生[3-4]。

表1 雙魚石區(qū)塊上部地層研磨性、可鉆性級(jí)值統(tǒng)計(jì)表

4.1 鉆井液體系配方

KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液：2.0%膨潤土漿+0.2%KPAM+1.0%抗溫降濾失劑REDUL+1.0%PAC-LV+4.0%封堵防塌劑NRH+3.0%防卡潤滑劑FK-10+7.0%KCl+10.0%有機(jī)鹽Weigh2+重晶石。

4.2 巖屑滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)在80℃、滾動(dòng)16 h條件下進(jìn)行巖屑滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果：清水為27.5%，KCl-聚合物鉆井液為86.0%，有機(jī)鹽聚合物鉆井液為90.0%，KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液為91.2%。

4.3 黏土線性膨脹率實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)在80℃、3.5 MPa、8 h條件下進(jìn)行了黏土線性膨脹率實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果：清水為23.0%，KCl-聚合物鉆井液為16.5%，有機(jī)鹽聚合物鉆井液為12.5%，KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液為11.0%。

四、提速效果分析

1. 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

將?444.5 mm大井眼深度從1 000 m縮短至500 m，減少大井眼鉆進(jìn)長度，平均機(jī)械鉆速從9.46 m/h提高至14.87 m/h，提升幅度達(dá)57.20%。

2. 氣體鉆井實(shí)鉆效果

(1)?444.5 mm井眼在使用常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)的平均機(jī)械鉆速僅為3.43 m/h，而空氣鉆平均機(jī)械鉆速為9.46 m/h，提高175.8%。

(2)?333.4 mm井眼在使用常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)的平均機(jī)械鉆速為5.02 m/h，而空氣鉆平均機(jī)械鉆速達(dá)14.87 m/h，提高196.2%。

3. 個(gè)性化PDC鉆頭優(yōu)選實(shí)鉆效果

通過對(duì)自流井組、須家河組巖石的可鉆性、研磨性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合前期鉆頭使用情況，進(jìn)行了鉆頭個(gè)性化優(yōu)選，并確定以個(gè)性化PDC+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)措施[5～8]。在該構(gòu)造上部自流井組、須家河組取得了較好提速效果，平均機(jī)械鉆速達(dá)2.29 m/h，比ST1提高5.87倍。各井實(shí)鉆鉆頭指標(biāo)見表2。

表2 ?333.4 mm自流井組～須家河組井段實(shí)鉆鉆頭指標(biāo)

4. KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液實(shí)鉆效果

在ST3、ST7、ST8井現(xiàn)場應(yīng)用表明：①該鉆井液抑制性強(qiáng)，性能穩(wěn)定且周期長，波動(dòng)小，低粘切，有助于安全、快速鉆井;②該鉆井液抑制性強(qiáng)、封堵防塌效果好，能確保“空氣鉆”井段井壁穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了“氣轉(zhuǎn)液”后通井順利，未出現(xiàn)大的掉塊現(xiàn)象，井下正常，快速恢復(fù)正常鉆進(jìn)，大大縮短了“氣轉(zhuǎn)液”時(shí)間，實(shí)鉆井段井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則，平均井徑擴(kuò)大率較小，有助于提高生產(chǎn)時(shí)效，縮短鉆井周期;③該鉆井液抑制性強(qiáng)，低粘切，可提高鉆頭水馬力，減少鉆屑在鉆頭上的吸附，防止鉆頭泥包，減少微米、亞微米粒子，劣質(zhì)固相含量，有助于提高機(jī)械鉆速。

5. 大尺寸井眼提速綜合效果

通過空氣鉆、鉆頭優(yōu)選、螺桿+轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆井技術(shù)和優(yōu)質(zhì)KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液，同時(shí)加強(qiáng)項(xiàng)目組織管理，雙魚石區(qū)塊上部大尺寸井眼整體提速效果明顯，ST3、ST8井平均機(jī)械鉆速比提速前ST1井分別提高102.35%、149.77%。同時(shí)，鉆井周期大幅縮短，ST3、ST8井比提速前ST1井分別減少40.05 d、59.38 d,見圖2。

五、結(jié)論及建議

(1)雙魚石構(gòu)造已鉆井實(shí)鉆表明,氣體鉆井適用于上部井段優(yōu)快鉆進(jìn)，值得繼續(xù)推廣。

(2)針對(duì)自流井組至須家河組難鉆地層，通過加強(qiáng)鉆頭研究和選型，優(yōu)選出適應(yīng)性更強(qiáng)、抗研磨性更好的PDC鉆頭并配備高效螺桿進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)，實(shí)鉆表明機(jī)械鉆速大幅提高。

圖2 雙魚石上部大尺寸井眼鉆井指標(biāo)圖

(3)KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液體系有效解決了該構(gòu)造上部大尺寸井眼的井壁失穩(wěn)技術(shù)難題，為提速工具的井下安全提供了保障。

(4)建議?333.4 mm大井眼采用?165.1 mm鉆桿，強(qiáng)化水力參數(shù)等措施，提高環(huán)空攜砂能力，有助于金剛石鉆頭+螺桿鉆井技術(shù)克服大井眼深井段水力參數(shù)和環(huán)空攜砂能力不足造成的鉆頭磨損，解決自流井、須家河組地層的鉆井提速難題。